Băng trên biển được tích tụ từ nước ngọt trong khi đại dương lại toàn là nước mặn, bạn có biết tại sao không?

Khoảng 2/3 lớp băng vĩnh cửu của Trái đất trôi nổi trên vùng biển vùng cực dưới dạng một lớp băng biển mỏng. Băng biển là nước biển đóng băng nổi trên bề mặt đại dương. Nó xảy ra trên khắp Bắc Băng Dương và Nam Cực. Mặc dù rộng lớn nhưng băng biển vẫn chiếm khoảng 1/1.000 tổng thể tích băng trên Trái đất.

Trong khi tuyết và băng thông thường hình thành từ lượng mưa thì băng biển bắt nguồn từ sự kết tinh của nước bề mặt của biển và không có sự tác động của nước rơi xuống dưới dạng lượng mưa.

Tuy nhiên, điều thú vị nhất về băng biển là mặc dù được làm từ nước biển mặn nhưng nó gần như tinh khiết như nước ngọt.

Do đó, việc sản xuất băng biển là một trong những quá trình cơ bản trên Trái đất để điều chỉnh độ mặn của đại dương. Khi có nhiều băng biển hơn, trong thời kỳ khí hậu toàn cầu mát mẻ, đại dương sẽ trở nên mặn hơn.

Khi có ít băng hơn trong mùa hè ấm áp, nước ngọt sẽ được bổ sung vào đại dương, làm giảm độ mặn của nước biển.

Khi băng tan, nước lỏng đọng lại ở các vùng trũng trên bề mặt, tạo ra các ao tan chảy ở Bắc Cực. Những ao nước ngọt này được tách biệt khỏi biển mặn bên dưới và xung quanh cho đến khi băng nứt ra.

Băng biển hình thành như thế nào?

Nước biển đóng băng ở nhiệt độ thấp hơn nước ngọt. Do có muối bên trong nên nước muối đóng băng ở nhiệt độ khoảng âm 1,8 độ C (28,8°F), trong khi nước ngọt đóng băng ở nhiệt độ khoảng 0 độ C.

Tuy nhiên, vì chỉ có thành phần nước của nước mặn đóng băng nên băng chứa tương đối ít muối. Do đó, băng biển có thể được nấu chảy và sử dụng trực tiếp như nước uống.

Nhưng tại sao băng biển hầu như không có muối?

Câu trả lời nằm ở tính chất hóa học đơn giản của liên kết giữa các phân tử nước và muối. Sự hiện diện của muối làm xáo trộn sự hình thành các tinh thể băng. Muối thích kết hợp với nước, nhưng nước thì không.

Do đó, việc hình thành băng tinh khiết giờ đây sẽ đòi hỏi một quá trình bổ sung – di chuyển muối ra khỏi đường đi và sau đó xây dựng cấu trúc băng tinh thể. Kết quả là cần nhiều “độ lạnh” hơn để đẩy muối ra khỏi quá trình chuyển đổi để các tinh thể có thể hình thành.

Điều này có nghĩa là việc loại bỏ muối khỏi nước cần thêm một bước nữa, điều này chắc chắn sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.

Băng biển hình thành chậm hơn nước ngọt vì hai lý do chính. Thứ nhất, nhiệt độ đóng băng của nước mặn thấp hơn nước ngọt; nhiệt độ đại dương phải đạt tới -1,8°C (28,8°F) để đóng băng. Thứ hai, trái ngược với nước ngọt, muối trong nước biển khiến mật độ của nước tăng lên khi gần đến điểm đóng băng. Kết quả là nước muối sẽ chìm xuống khỏi bề mặt trước khi đủ nhiệt độ để đóng băng.

Một khi bề mặt đại dương đã đạt đến điểm đóng băng của nước mặn, loại băng đầu tiên sẽ được hình thành và được gọi là ‘băng mảnh’, bao gồm các hạt tinh thể nhỏ và các gai có đường kính lên tới 3 hoặc 4 mm. Khi nhiệt độ xuống thấp hơn, các tinh thể băng sẽ tiếp tục phát triển và bổ sung, một hỗn hợp dạng sệt sẽ hình thành trên bề mặt đại dương.

Sau khi những tinh thể băng này liên tục hình thành và bổ sung, môi trường lạnh sẽ không còn kết nối trực tiếp với nước mặn nữa và băng biển tiếp tục phát triển bằng cách tích tụ ở đáy băng biển. Trong suốt chu kỳ hàng năm ở Bắc Cực, khoảng 45 cm băng tan ra khỏi bề mặt băng, trong khi một lượng tương đương sẽ được bổ sung ở đáy. Kết quả là, một tinh thể băng lắng đọng trong lớp băng biển ở đáy sẽ di chuyển lên cột băng với vận tốc trung bình khoảng 45 cm/năm cho đến khi chạm tới bề mặt và tan chảy.

Băng biển và tuần hoàn đại dương

Độ mặn của nước biển cũng có ảnh hưởng đến dòng hải lưu. Khi băng biển phát triển, phần lớn muối trong đại dương bị đẩy xuống vùng nước bên dưới lớp băng. Nước bên dưới băng biển chứa nhiều muối hơn và đặc hơn nước biển lân cận nên nó chìm xuống và trôi ra khỏi bề mặt. Kết quả là, băng biển giúp hải lưu đại dương toàn cầu lưu thông.

Thông thường, băng biển Bắc Cực đạt mức tối thiểu vào khoảng tháng 9, trước khi kết thúc mùa tan chảy vào mùa hè và sau đó tăng trở lại trong mùa đông.

Băng biển và khí hậu toàn cầu

Mặc dù băng biển chủ yếu được tìm thấy ở các vùng cực nhưng nó có tác động đáng kể đến khí hậu toàn cầu. Bề mặt sáng bóng của băng biển phản chiếu rất nhiều ánh sáng Mặt trời vào không gian và tỏa ra bầu khí quyển. Vì năng lượng Mặt trời này bị “đảo ngược” thay vì bị nước hấp thụ nên nhiệt độ gần các cực sẽ mát hơn nhiều so với xích đạo.

Khi băng biển tan chảy, do nhiệt độ tăng lên, có ít bề mặt màu trắng còn lại để phản chiếu ánh sáng Mặt trời. Bề mặt hấp thụ nhiều năng lượng Mặt trời hơn và do đó nhiệt độ nước tăng lên. Điều này bắt đầu một chu kỳ làm nóng và tan chảy. Nhiệt độ nước tăng khiến băng hình thành muộn hơn vào mùa đông và tan nhanh hơn vào mùa hè năm sau.

Ngay cả nhiệt độ tăng nhẹ cũng có thể dẫn đến nóng lên đáng kể theo thời gian, khiến vùng cực trở nên nhạy cảm nhất với biến đổi khí hậu trên hành tinh.